EP2611548A1 - VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM VERNEBELN ODER ZERSTÄUBEN VON FLIEßFÄHIGEN MEDIEN - Google Patents

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM VERNEBELN ODER ZERSTÄUBEN VON FLIEßFÄHIGEN MEDIEN

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Publication number
EP2611548A1
EP2611548A1 EP11764118.3A EP11764118A EP2611548A1 EP 2611548 A1 EP2611548 A1 EP 2611548A1 EP 11764118 A EP11764118 A EP 11764118A EP 2611548 A1 EP2611548 A1 EP 2611548A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
atomizing
carrier element
ultrasound system
ultrasound
flowable
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11764118.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Hielscher
Thomas Hielscher
Holger Hielscher
Ingo Jaenich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr Hielscher GmbH
Original Assignee
Dr Hielscher GmbH
Dr Hielscher GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Dr Hielscher GmbH, Dr Hielscher GmbH filed Critical Dr Hielscher GmbH
Publication of EP2611548A1 publication Critical patent/EP2611548A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
    • B05B17/06—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B17/0607—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B17/0653—Details
    • B05B17/0669—Excitation frequencies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
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    • B05B17/0607—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations generated by electrical means, e.g. piezoelectric transducers
    • B05B17/0653—Details
    • B05B17/0676—Feeding means

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for atomizing flowable media by means of low-frequency power ultrasound (NFLUS).
  • Low-frequency power ultrasound is ultrasound with an operating frequency of 15 to 2000 kHz, preferably 15 to 800 kHz, eg 30 kHz and a sound power over 5 W, preferably 50 W to 2,000 W, eg 200 W.
  • To generate the ultrasound For example, piezoelectric or magnetostrictive systems are used.
  • a flowable medium is introduced to an NFLUS-vibrating surface of the ultrasound system. This can be done at any angle, eg from the front or through the ultrasound system. Due to the acceleration experienced by the flowable medium when hitting the vibrating surface, it is shattered into smaller droplets or particles (in the following only as particles). Basically, higher frequencies generate smaller particles. With frequencies of 800 to 2,000 kHz, for example, particle sizes of 0.1 to 2.0 microns can be generated. However, such systems are limited in volume throughput. Lower frequencies, eg between 20 and 100kHz, generally allow a higher volume throughput. However, these systems generate in proportion larger particles, for example in the range of 5 to ⁇ .
  • Lambda is the wavelength which results from the NFLUS frequency and the sound propagation velocity in the resonator.
  • a resonator may consist of one or more lambda / 2 elements.
  • a resonator consisting of several lambda / 2 elements can be manufactured from a piece of material of corresponding length or can be composed of several elements of length n * lambda / 2 (n N), for example by screwing.
  • Lambda / 2 elements various material ⁇ cross-sectional geometries, for example, have circular, oval or rectangular cross-sections. The cross-sectional geometry and - surface can be moved along the longitudinal axis of a lambda / 2-element va ⁇ riieren.
  • Lambda / 2 elements may be manufactured, inter alia, grade 5 metal ⁇ metallic or ceramic materials or glass, in particular of titanium, titanium alloys, steel or steel alloys, aluminum or aluminum alloys, for example of titanium.
  • An ultrasound system comprises at least one ultra ⁇ sound generator, for example of a piezoceramic / piezoelectric transducer, in conjunction with any number of resonators.
  • flowable media can also be used in non-atmospheric environments, eg in closed containers, eg reactors or dry towers, under pressures other than ambient atmospheric pressure, eg at lower pressure, under reduced pressure or under elevated pressures and in the presence of special ambient gases , eg argon or other shielding gases or in particularly dry or humid ambient conditions.
  • a lower pressure (negative pressure) is present between vacuum (0 bar absolute) and ambient pressure (eg 1 bar absolute), eg at 0.5 bar.
  • a higher pressure (overpressure) is present when the pressure is above the ambient pressure.
  • Some systems use a tank internal pressure between 1.5 bar absolute to 100 bar absolute, eg 3 bar absolute.
  • the vessel wall can be set in vibration by means of an externally mounted NFLUS system, or a NFLUS transducer can be completely installed in the pressurized vessel interior.
  • the sound transducer for example, a piezoelectric linear transducer located outside the vessel and the vibrations are guided via one or more resonators in the vessel interior. Due to the pressure difference between container internal pressure p (i) and the ambient pressure p ⁇ (a), it is necessary in this case to take appropriate measures to seal at the entry point of / the resonance nators / -en.
  • the invention has for its object to provide an apparatus and a method can be effectively aerated with the flowable media with high throughput using NFLUS.
  • an apparatus and method for atomizing or spraying of flowable media by means of an ultrasound system and by means of a carrier ⁇ element available said support member is near or in direct contact with at least a portion of the vibrating surface of the ultrasonic system positio ⁇ ned ,
  • the carrier element is preferably a substantially two-dimensionally designed component, which may optionally be deformable in three dimensions.
  • the device according to the invention for a throughput of at least 0.5 1 to be nebulized or atomized medium is established.
  • the device ei ⁇ ne fluid supply or feed device may include with the at least 0.5 1 of the flowable medium can be supplied to the ultra ⁇ supersonic.
  • the carrier element is a band.
  • the carrier element is preferably a substantially saudimen ⁇ sional shaped element, the longitudinal extent is wesent ⁇ Lich greater than its transverse extent.
  • the carrier element may also be circular or annular and track with a rotational movement flowable medium in the ultrasonic range.
  • the carrier element is adapted to receive at least one of its sides flowable medium and / or to receive flowable medium in itself.
  • the inclusion of the flow ⁇ flowable medium can thus take place on a side surface on the basis of gravity and / or cohesion and adhesion, and uptake in the material of the support element can for example be effected by Ka ⁇ pillar construction.
  • the ultrasound system should oscillate at a frequency between 15 and 2000 kHz, in particular between 15 and 800 kHz and in a particularly preferred embodiment between 15 and 150 kHz.
  • the ultrasound system is designed for the transmission of ultrasound with an amplitude of 1 to 350 ⁇ , in particular for an amplitude of 10 to 80 ⁇ .
  • the ultrasound system is designed for the transmission of ultrasound with a power of more than 5 watts, in ⁇ particular for a power between 50 and 2,000 watts, and in a particularly preferred embodiment for a power between 50 and 500 watts. It can be provided that the carrier element abuts the Ult ⁇ raschallsystemober Construction.
  • the carrier element can be pressed against the ultrasound system ⁇ surface to be pressed or used.
  • a piezoelectric exciter or a magnetostrictive exciter can be used.
  • the inventive method for atomizing or atomizing flowable media takes place using the device according to the invention, wherein the ultrasound system ultrasound is directed to flowable medium, which is in con ⁇ tact with the carrier element.
  • This contact is preferably a direct contact, such as when the flowable medium adheres to the support member or when the fluid medium is absorbed or absorbed by the support member. That is, the flowable ⁇ Me dium with the carrier element is at least or in particular in or on the region of the carrier element in contact, which is directly exposed to ultrasound.
  • one side flowable medium can be arranged at ⁇ on the carrier element so that the carrier element between the fluid medium capable ⁇ and the oscillating surface of the ultrasonic system is positioned.
  • both sides flowable ⁇ Me dium can be arranged on the carrier element. That is, a first layer of the flowing medium is disposed between the ultrasound system and ⁇ carrier element and on the first layer a second layer of the fluid medium is arranged against ⁇ opposite side of the carrier element. It can be provided that the flowable medium is supplied to the ultrasound region by means of the carrier element, or that the flowable medium is supplied by the ultrasound system.
  • the ultrasound system may have longitudinal oscillations and / or radial vibrations and / or bending oscillations on the surface facing the carrier element.
  • the ultrasound system complex vibration ⁇ movements may have on the side facing the carrier element surface.
  • a dispersion, a solvent, an acid, a solution or a melt, water can be a ⁇ set.
  • the flowable medium is supplied via the carrier element or through the ultrasound system.
  • the flowable medium may be delivered via more than one delivery, such as e.g. be supplied via at least one slit-shaped feed.
  • the volume flow of the supply of the flowable medium can be from 0.01 to 1000 ml per second, preferably 0.1 to 100 ml per Se ⁇ customer.
  • the flowable medium can be supplied with a variable volume flow. In this case, it is possible to influence the particle size, particle size distribution or volume throughput.
  • the process should be carried out such that the (By ⁇ diameter of more than 50 percent of the particles generated between 0.01 and 500 ⁇ (peak-peak), in particular between 0.5 and ⁇ and in a preferred embodiment between 0.5 and ⁇ peak-peak) such as smaller than 2 ⁇ amounts.
  • the support member may be made of metal or a metal alloy, plant fibers or animal fibers, carbon fibers or polymers, a composite material or a fabric.
  • the support element may have a plurality of through-holes ⁇ .
  • the carrier element may be perforated.
  • the support element may be between 0.01 and 10 mm, in particular between 0.1 and 1 mm thick.
  • the support member is preferably a flexible material and may be made of various materials, preferably made from a non-fully closed material, for example a Ge ⁇ weave or a perforated foil.
  • the support element can be made of various materials, including metals, metal alloys, glass, plastics, paper, carbon fibers, wool, plant fibers or cotton or a combination of different materials.
  • the carrier element may have a plurality of openings or depressions, for example pores, channels or tissue interspaces.
  • the material of the carrier ⁇ element may be liquid-repellent, for example by Teflon or lotus effect coating or liquid-attracting, for example, be hydrophilic worked by nano coatings.
  • the thickness of the support element can on the support member away variie ⁇ ren.
  • the support member may be curved at least over the length or width dimension or spatially deformed. In particular, the form of a band for the Collinsele ⁇ ment offers.
  • the process according to the invention can be carried out in a closed system.
  • the system pressure can be set higher or lower than the atmospheric pressure.
  • the part of the ultrasound system surface to which the Trä ⁇ gerelement close to or is positioned in direct contact may have an area between 0 and 500 cm 2, especially between 0 and 50 cm 2 and having in a particularly preferred exemplary form 1 to 5 cm 2 ,
  • the position, thickness, or nature of the carrier element can be varied during the process, in particular to influence the particle size, particle size distribution or volume throughput.
  • the carrier element can be moved, and / or the resulting particles can be moved by a flow, preferably horizontally or vertically.
  • the inventive combination of a NFLUS-ultrasonic system with at least one carrier element is mög ⁇ Lich, influence on the particle size, particle sizes ⁇ distribution, the volume flow rate or to take on more of the abovementioned sizes.
  • a predetermined ultrasound system to increase the volume flow rate and at the same Jerusalem the particle size to re ⁇ .
  • the support element is positioned close to or in direct contact with at least a portion of the vibrating surface of the ultrasonic ⁇ sound system.
  • the distance between the carrier element and the ultrasound system surface can be between 0 and 100 mm, preferably between 0 and 1 mm, for example 0.5 mm.
  • the carrier element can additionally be pressed against the ultrasound system, pressed on or pulled on , eg used.
  • the part of the ultrasound system surface to which the Trä ⁇ gerelement close to or is positioned in direct contact can be flat, or may be, sloped in at least one direction, concave, convex, rounded, bevelled or polymorphic gestal- tet.
  • the thickness of the carrier element may for example be between 0.01 and 10 mm, preferably between 0.05 and 1 mm, for example 0.5 mm.
  • the support member width, and the support member length may be selected in each case un ⁇ dependent on each other so that the Trä- gerelement the surface of the ultrasound system partly or completely covers, or projects beyond.
  • the part of the ultrasound system surface to which the Trä ⁇ gerelement is positioned in direct contact or close preferably between 0 and 500 cm 2, for example 5cm 2 can be large and it may vary during the process.
  • the position, shape, thickness or the contact pressure of the carrier element can vary during the process, for example to influence the particle size.
  • the part of the carrier ⁇ element, which is positioned close to or in direct contact with the raschallsystemober Assembly ULT may vary. For example it is a continuous movement of the carrier element re ⁇ tively to the ultrasound system possible. This movement can be used, inter alia, to take wear on the beam from ⁇ schreiben to remove encrustations or dirt, or influence on the particle size and particle size distribution ⁇ .
  • the supply of the flowable medium can be carried out to at least ei ⁇ ner arbitrary side of the support element, to or through the ultrasound system surface or the gap between the support member and ultrasound system surface.
  • the support member may be moistened or soaked for the purpose of liquid supply or.
  • Figure 1 shows a type of device according to the invention.
  • the band (1) is located in close proximity to a part of the surface of the ultrasound system (2), the liquid (3) is supplied via the above the band (1) arranged liquid supply (4).
  • Figure 2 is a similar variant as in Figure 1, but with two bands (1), between which the liquid (3) via the liquid supply (4) is supplied.
  • Figure 3 is a similar variant as according to figure 1, but be ⁇ is found, the ultrasound system (2) above the strip (1).
  • the liquid supply (4) takes place through the ultrasound system (2).
  • the ultrasound system has a curved Oberflä ⁇ che, to which the band (1) is in direct contact.
  • the tape (1) is pulled against the ultrasound system and moved continuously.
  • FIG. 1 shows a rotationally symmetrical ultrasound system (2) which consists, for example, of a resonator and an ultrasound exciter. That is, the inventive Vorrich ⁇ tung comprises a resonant system.
  • the resonator is made eg of titanium grade 5 and has a diameter of eg 40 mm.
  • the ultrasound exciter works piezoelectrically.
  • the surface on which the tape was positioned oscillates at a working frequency of 15 to 100 kHz, preferably 15-30 kHz, eg 30 kHz, and with a sound power of 10 to 2000 watts, preferably 50 to 100 watts, eg 250 watts and an amplitude of 0 to 500 ⁇ , preferably from 10 to 300 ⁇ , eg 75 ⁇ .
  • the liquid (4) is for example an oil and is supplied at 20 ml / sec and 20 ° C.
  • the band (1) consists for example of a wire mesh. The individual wires have a diameter of 0.1mm and have a distance of eg 0.1mm.

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Special Spraying Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vernebeln von fließfähigen Medien mittels Niederfrequenz - Leistungs -Ultraschall (NFLUS). Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Ultraschallsystems (2) und mindestens ein Trägerelement (1) umfasst, wobei das Trägerelement (1) nahe oder in unmittelbarem Kontakt zu mindestens einem Teil der schwingenden Oberfläche des Ultraschallsystems (2) positioniert ist und das fließfähige Medium (3) dem Ultraschallbereich mittels des Trägerelementes (1) zugeführt wird.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Vernebeln oder Zerstäuben von fließfähigen Medien
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vernebeln von fließfähigen Medien mittels Niederfrequenz- Leistungs-Ultraschall (NFLUS) . Niederfrequenz-Leistungs-Ultraschall (NFLUS) ist Ultraschall mit einer Arbeitsfrequenz von 15 bis 2000 kHz, vorzugsweise 15 bis 800 kHz, z.B. 30 kHz und einer Schallleistung über 5 W, vorzugsweise 50 W bis 2.000 W, z.B. 200 W. Zur Erzeugung des Ultraschalls werden beispielsweise piezoelektrische oder magnetostriktive Systeme verwendet. Es sind lineare Schall¬ wandler und flächige oder gewölbte Plattenschwinger oder Rohrresonatoren bekannt. Niederfrequenz-Leistungs-Ultraschall fin¬ det eine große Anwendung in der Verneblung von fließfähigen Medien, wie z.B. Dispersionen, Lösungsmitteln, Wasser, Ölen, Emulsionen, Schmelzen, Säuren, Laugen und anderen Flüssigkeiten. Dafür wird Ultraschall von einem Ultraschallsystem mit Amplituden von 1 bis 350 μπι, vorzugsweise 10 bis 80 μπι, z.B. 65μπι auf fließfähige Medien übertragen.
Für das Vernebeln wird ein fließfähiges Medium an eine mit NFLUS schwingende Fläche des Ultraschallsystems herangeführt. Dies kann in jedem beliebigem Winkel, z.B. von vorn oder auch durch das Ultraschallsystem geschehen. Durch die Beschleunigung, welche das fließfähige Medium auf beim Auftreffen auf die schwingende Fläche erfährt, wird dieses in kleinere Tröpf- chen oder Partikel (im Folgenden nur als Partikel zusammen- gefasst) zerschlagen. Grundsätzlich generieren höhere Frequenzen kleinere Partikel. Mit Frequenzen von 800 bis 2.000 kHz lassen sich z.B. Partikelgrößen von 0,1 bis 2,0 μπι erzeugen. Allerdings sind solche Systeme im Volumendurchsatz begrenzt. Niedrigere Frequenzen, z.B. zwischen 20 und 100kHz erlauben grundsätzlich einen höheren Volumendurchsatz. Allerdings generieren diese Systeme im Verhältnis größere Partikel, z.B. im Bereich von 5 bis ΙΟΟμπι.
Lambda ist die Wellenlänge welche sich aus der NFLUS-Frequenz und der Schallausbreitungsgeschwindigkeit im Resonator ergibt. Ein Resonator kann aus einem oder mehreren Lambda/2-Elementen bestehen. Ein aus mehreren Lambda/2-Elementen bestehender Resonator kann aus einem Materialstück entsprechender Länge gefertigt werden oder aus mehreren Elementen der Länge n*Lambda/2 (n N) , z.B. durch Verschrauben zusammengesetzt werden. Lambda/2-Elemente können verschiedene Material¬ querschnittsgeometrien, z.B. kreisförmige, ovale oder rechteckige Querschnitte aufweisen. Die Querschnittsgeometrie und - fläche kann entlang der Längsachse eines Lambda/2-Elements va¬ riieren. Lambda/2-Elemente können unter anderem aus metal¬ lischen oder keramischen Materialien oder aus Glas, insbesondere aus Titan, Titanlegierungen, Stahl oder Stahllegierungen, Aluminium oder Aluminiumlegierungen, z.B. aus Titan grade 5 gefertigt sein.
Ein Ultraschallsystem besteht aus mindestens einem Ultra¬ schallerreger, z.B. aus einem piezokeramischen/ piezoelektrischen Schallwandler, in Verbindung mit einer beliebigen Anzahl von Resonatoren.
Neben dem Vernebeln in atmosphärischer Umgebung, können fließfähige Medien auch in nicht-atmosphärischer Umgebung, z.B. in geschlossenen Behältern, z.B. Reaktoren oder Trockentürmen, unter vom atmosphärischen Umgebungsdruck abweichenden Drücken, z.B. bei geringerem Druck, im Vakuum oder unter erhöhten Drücken und in Gegenwart besonderer Umgebungsgase, z.B. Argon oder anderer Schutzgase oder in besonders trockenen oder feuchten Umgebungsbedingungen vernebelt werden. Ein geringerer Druck (Unterdruck) liegt zwischen Vakuum (0 bar absolut) und Umgebungsdruck (z.B. 1 bar absolut), z.B. bei 0,5 bar vor. Ein höherer Druck (Überdruck) liegt vor, wenn der Druck über dem Umgebungsdruck liegt. Einige Systeme verwenden einen Behälterinnendruck zwischen 1,5 bar absolut bis 100 bar absolut, z.B. 3 bar absolut.
Um NFLUS in ein solches Gefäß einzubringen, kann entweder die Gefäßwand durch ein außen angebrachtes NFLUS-System in Schwingungen versetzt werden, oder ein NFLUS-Schallwandler vollstän- dig im unter Druck stehenden Gefäßinnenraum eingebaut werden. Alternativ kann sich der Schallwandler, z.B. ein piezoelektrischer linearer Schallwandler außerhalb des Gefäßes befinden und die Schwingungen über ein oder mehrere Resonatoren in den Gefäßinnenraum geführt werden. Aufgrund des Druck- Unterschiedes zwischen Gefäßinnendruck p(i) und dem Umgebungs¬ druck p(a) ist es in diesem Fall erforderlich, entsprechende Vorkehrungen zur Dichtung an der Eintrittsstelle des/der Reso- nators/-en zu treffen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mit der fließfähige Medien mit hohem Durchsatz unter Verwendung von NFLUS effektiver vernebelt werden können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 11. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegens- tand der Unteransprüche.
Es wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vernebeln oder Zerstäuben von fließfähigen Medien mittels eines Ultraschallsystems und mittels mindestens eines Träger¬ elementes zur Verfügung gestellt, wobei dieses Trägerelement nahe oder in unmittelbarem Kontakt zu mindestens einem Teil der schwingenden Oberfläche des Ultraschallsystems positio¬ niert ist. Das Trägerelement ist dabei vorzugsweise ein im Wesentlichen zweidimensional gestaltetes Bauteil, welches gegebenenfalls dreidimensional verformbar sein kann.
Versuche haben ergeben, dass bei einer Beschallung von fließfähigen Medium, welches an oder in einem Trägerelement dem Ultraschall ausgesetzt ist, dieses Medium sehr effizient ver¬ nebelt bzw. zerstäubt werden kann. In Abhängigkeit von der je¬ weiligen Schwingungsamplitude und/ oder -frequenz, sowie in Abhängigkeit von der Beschaffenheit und Spannung des Träger¬ elementes sowie des fließfähigen Mediums und des Abstandes zwischen Ultraschallsystem und Trägerelement werden die Ultraschallschwingungen auf das Trägerelement übertragen, so dass dieses in etwa mit der gleichen Frequenz schwingt, oder das Trägerelement bleibt im wesentlichen unbewegt, und das mit dem Trägerelement in Kontakt stehende fließfähige Medium wird in Schwingungen versetzt und derart vernebelt bzw. zerstäubt. Das heißt, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einfacher und effizienter Weise Tröpfchen mit geringstem Durchmesser des fließfähigen Mediums erzeugt werden können, die auf Grund der schwingungsbedingten Beschleunigungen in die Umgebung des Trägerelementes geschleudert werden.
Dabei ist die erfindungsgemäße Vorrichtung für einen Durchsatz von wenigstens 0,5 1 zu vernebelnden oder zu zerstäubenden Mediums eingerichtet. Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung ei¬ ne Flüssigkeitszuführung bzw. Zuführeinrichtung umfassen, mit der mindestens 0,5 1 des fließfähigen Mediums dem Ultra¬ schallbereich zugeführt werden kann.
Vorzugsweise ist das Trägerelement ein Band. Das heißt, dass das Trägerelement vorzugsweise ein im Wesentlichen zweidimen¬ sional geformtes Element ist, dessen Längserstreckung wesent¬ lich größer ist als seine Quererstreckung. Alternativ kann das Trägerelement auch kreis- oder ringförmig sein und mit einer Rotationsbewegung fließfähiges Medium in den Ultraschallbereich nachführen.
Das Trägerelement ist dazu eingereichtet, an wenigstens einer seiner Seiten fließfähiges Medium aufzunehmen und/ oder fließfähiges Medium in sich aufzunehmen. Die Aufnahme des flie߬ fähigen Mediums kann somit an einer Seitenfläche auf Grund der Schwerkraft und/ oder Kohäsion bzw. Adhäsion erfolgen, und die Aufnahme im Material des Trägerelementes kann z.B. durch Ka¬ pillarkräfte bewirkt werden.
Die im Folgenden erwähnten vorteilhaften Ausgestaltungen beziehen sich sowohl auf die erfindungsgemäße Vorrichtung als auch auf das erfindungsgemäße Verfahren.
Durch die Verwendung des Trägerelementes, insbesondere in Bandform, kann Einfluss auf die erzielbare Partikelgröße, Par¬ tikelgrößenverteilung, den möglichen Volumendurchsatz oder auf mehrere der vorgenannten Größen genommen werden.
Vorzugsweise sollte das Ultraschallsystem mit einer Frequenz zwischen 15 und 2.000 kHz, insbesondere zwischen 15 und 800 kHz und in besonders bevorzugter Aus führungs form zwischen 15 und 150 kHz schwingen.
Das Ultraschallsystem ist für die Übertragung von Ultraschall mit einer Amplitude von 1 bis 350 μπι, insbesondere für eine Amplitude von 10 bis 80 μπι ausgelegt.
Außerdem ist das Ultraschallsystem für die Übertragung von Ultraschall mit einer Leistung von mehr als 5 Watt, ins¬ besondere für eine Leistung zwischen 50 und 2.000 Watt, und in besonders bevorzugter Ausgestaltung für eine Leistung zwischen 50 und 500 Watt ausgelegt. Es kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement an der Ult¬ raschallsystemoberfläche anliegt .
Dabei kann das Trägerelement an die Ultraschallsystem¬ oberfläche angedrückt, angepresst oder herangezogen sein.
Es kann dabei mehr als ein Trägerelement verwendet werden.
Zur Erzeugung des Ultraschalls kann ein piezoelektrischer Erreger oder ein magnetostriktiver Erreger verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Vernebeln oder Zerstäuben von fließfähigen Medien findet unter Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung statt, wobei vom Ultraschallsystem Ultraschall auf fließfähiges Medium gerichtet wird, welches in Kon¬ takt mit dem Trägerelement steht.
Dieser Kontakt ist vorzugsweise ein direkter Kontakt, wie z.B. wenn das fließfähige Medium an dem Trägerelement anhaftet oder wenn das fließfähige Medium vom Trägerelement aufgenommen bzw. aufgesogen ist. Das heißt, dass wenigstens oder insbesondere in oder an dem Bereich des Trägerelementes das fließfähige Me¬ dium mit dem Trägerelement in Kontakt ist, der unmittelbar dem Ultraschall ausgesetzt ist.
Dabei kann am Trägerelement einseitig fließfähiges Medium an¬ geordnet werden, so dass das Trägerelement zwischen dem flie߬ fähigen Medium und der schwingenden Oberfläche des Ultraschallsystems positioniert ist.
Alternativ kann am Trägerelement beidseitig fließfähiges Me¬ dium angeordnet werden. Das heißt, dass zwischen Ultraschall¬ system und Trägerelement eine erste Schicht des fließfähigen Mediums angeordnet wird und auf der der ersten Schicht gegen¬ überliegenden Seite des Trägerelementes eine zweite Schicht des fließfähigen Mediums angeordnet wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass das fließfähige Medium dem Ultraschallbereich mittels des Trägerelementes zugeführt wird, oder dass das fließfähige Medium durch das Ultraschallsystem zugeführt wird.
Das Ultraschallsystem kann Longitudinalschwingungen und/ oder Radialschwingungen und/ oder Biegeschwingungen an der dem Trägerelement zugewandten Oberfläche aufweisen.
Das heißt, dass das Ultraschallsystem komplexe Schwingungs¬ bewegungen an der dem Trägerelement zugewandten Oberfläche aufweisen kann.
Als fließfähiges Medium kann Wasser, eine Dispersion, ein Lösungsmittel, eine Säure, eine Lauge oder eine Schmelze ein¬ gesetzt werden.
Das fließfähige Medium wird über das Trägerelement oder durch das Ultraschallsystem zugeführt.
Dabei kann das fließfähige Medium über mehr als eine Zuführung wie z.B. über mindestens eine spaltförmige Zuführung zugeführt werden .
Der Volumenstrom der Zuführung des fließfähigen Mediums kann 0,01 bis 1000ml je Sekunde, insbesondere 0,1 bis 100ml je Se¬ kunde betragen.
Das fließfähige Medium kann mit einem variablen Volumenstrom zugeführt werden. Dabei kann Einfluss auf die Partikelgröße, Partikelgrößenverteilung oder den Volumendurchsatz genommen werden .
Das Verfahren sollte derart ausgeführt werden, dass der Durch¬ messer von mehr als 50 Prozent der generierten Partikel zwischen 0,01 und 500μπι (peak-peak) , insbesondere zwischen 0,5 und ΙΟΟμπι und in bevorzugter Ausgestaltung zwischen 0,5 und ΙΟμπι (peak-peak) wie z.B. kleiner als 2μπι beträgt. Das Trägerelement kann aus Metall oder einer Metalllegierung, Pflanzenfasern oder tierischen Fasern, Karbonfasern oder Polymeren, einem Verbundwerkstoff oder einem Gewebe bestehen.
Insbesondere kann das Trägerelement eine Mehrzahl von Durch¬ gangsöffnungen aufweisen. Dabei kann das Trägerelement perforiert sein. Das Trägerelement kann zwischen 0,01 und 10 mm, insbesondere zwischen 0,1 und 1 mm dick sein.
Das Trägerelement ist vorzugsweise ein flexibles Material und kann aus verschiedenen Materialien, vorzugsweise aus einem nicht vollständig geschlossenen Material, z.B. aus einem Ge¬ webe oder einer perforierten Folie bestehen. Das Trägerelement kann aus verschiedenen Materialen, unter anderem aus Metallen, Metalllegierungen, Glas, Kunststoffen, Papier, Karbonfasern, Wolle, Pflanzenfasern oder Baumwolle oder aus einer Kombination verschiedener Materialien bestehen. Das Trägerelement kann mehrere Öffnungen oder Vertiefungen, z.B. Poren, Kanäle oder Gewebezwischenräume aufweisen. Das Material des Träger¬ elementes kann flüssigkeitsabweisend, z.B. mittels Teflon oder Lotuseffektbeschichtung oder flüssigkeitsanziehend, z.B. hydrophil durch Nanobeschichtungen gearbeitet sein. Die Dicke des Trägerelementes kann über das Trägerelement hinweg variie¬ ren. Das Trägerelement kann mindestens über die Längen oder Breitenausdehnung gewölbt oder räumlich verformt sein. Insbesondere bietet sich die Form eines Bandes für das Trägerele¬ ment an.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem geschlossenen System durchgeführt werden.
Der Systemdruck kann höher oder niedriger als der atmosphärische Druck eingestellt werden. Der Teil der Ultraschallsystemoberfläche, zu welchem das Trä¬ gerelement nahe oder in unmittelbarem Kontakt positioniert wird, kann eine Fläche zwischen 0 und 500 cm2, insbesondere zwischen 0 und 50 cm2 und in besonders bevorzugter Aus- führungsform zwischen 1 und 5 cm2 aufweisen .
Die Position, Dicke, oder Beschaffenheit des Trägerelementes kann während des Prozesses variiert werden, insbesondere um Einfluss auf die Partikelgröße, Partikelgrößenverteilung oder den Volumendurchsatz zu nehmen.
Weiterhin kann das Trägerelement bewegt werden, und/ oder es können die entstehenden Partikel durch eine Strömung bewegt werden, bevorzugt horizontal oder vertikal.
Durch die erfindungsgemäße Kombination eines NFLUS-Ultra- schallsystems mit mindestens einem Trägerelement ist es mög¬ lich, Einfluss auf die Partikelgröße, Partikelgrößen¬ verteilung, den Volumendurchsatz oder auf mehrere der vorge- nannten Größen zu nehmen. So ist es unter anderem möglich, bei Verwendung eines vorgegebenen Ultraschallsystems, den Volumendurchsatz zu erhöhen und gleichzeitig die Partikelgröße zu re¬ duzieren . Das Trägerelement wird nahe oder in unmittelbarem Kontakt zu mindestens einem Teil der schwingenden Oberfläche des Ultra¬ schallsystems positioniert. Der Abstand zwischen Trägerelement und Ultraschallsystemoberfläche kann zwischen 0 und 100 mm, vorzugsweise zwischen 0 und 1 mm, z.B. 0,5 mm betragen.
Im Falle eines unmittelbaren Kontakts zwischen Trägerelement und Ultraschallsystem, kann das Trägerelement zusätzlich an das Ultraschallsystem angedrückt, angepresst oder herangezo¬ gen, z.B. herangezogen werden. Der Teil der Ultraschallsystemoberfläche, zu welchem das Trä¬ gerelement nahe oder in unmittelbarem Kontakt positioniert wird, kann eben, oder in mindestens einer Richtung, konkav, konvex, abgerundet, abgeschrägt, gefast oder polymorph gestal- tet sein.
Die Dicke des Trägerelementes kann z.B. zwischen 0,01 und 10mm, vorzugsweise zwischen 0,05 und 1mm, z.B. 0,5mm betragen. Die Trägerelementbreite und die Trägerelementlänge können un¬ abhängig voneinander jeweils so gewählt werden, dass das Trä- gerelement die Oberfläche des Ultraschallsystems teilweise oder vollständig bedeckt, oder diese überragt.
Der Teil der Ultraschallsystemoberfläche, zu welchem das Trä¬ gerelement nahe oder in unmittelbarem Kontakt positioniert wird, kann vorzugsweise zwischen 0 und 500 cm2, z.B. 5cm2 groß sein und er kann während des Prozesses variieren.
Die Position, Form, Dicke oder der Anpressdruck des Trägerelementes kann während des Prozesses variieren, z.B. um Ein- fluss auf die Partikelgröße zu nehmen. Der Teil des Träger¬ elementes, welcher nahe oder in unmittelbarem Kontakt zur Ult- raschallsystemoberfläche positioniert wird, kann variieren. Es ist z.B. eine kontinuierliche Bewegung des Trägerelementes re¬ lativ zum Ultraschallsystem möglich. Diese Bewegung kann unter anderem dazu genutzt werden, Verschleiß am Trägerelement aus¬ zugleichen, Verkrustungen oder Verschmutzungen zu entfernen, oder Einfluss auf die Partikelgröße und Partikelgrößen¬ verteilung zu nehmen.
Die Zuführung des fließfähigen Mediums kann zu mindestens ei¬ ner beliebigen Seite des Trägerelementes, zur oder durch die Ultraschallsystemoberfläche oder zum Zwischenraum zwischen Trägerelement und Ultraschallsystemoberfläche erfolgen. Auch kann das Trägerelement zum Zwecke der Flüssigkeitszuführung befeuchtet oder getränkt werden oder sein. Die o.g. möglichen Ausgestaltungen können auch beliebig miteinander kombiniert werden.
Die Erfindung soll nachstehend anhand mehrerer Ausführungsbei- spiele näher erläutert werden, wobei als Trägerelement ein Band verwendet wird.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen Figur 1 eine Art einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das Band (1) befindet sich in unmittelbarer Nähe zu einem Teil der Oberfläche des Ultraschallsystems (2), die Flüssigkeit (3) wird über die über dem Band (1) angeordnete Flüssigkeitszuführung (4) zugeführt.
Figur 2 eine ähnliche Variante wie nach Figur 1, jedoch mit zwei Bändern (1), zwischen welche die Flüssigkeit (3) über die Flüssigkeitszuführung (4) zugeführt wird. Figur 3 eine ähnliche Variante wie nach Figur 1, jedoch be¬ findet sich das Ultraschallsystem (2) oberhalb des Bandes (1) . Die Flüssigkeitszuführung (4) erfolgt durch das Ultraschallsystem (2) . Das Ultraschallsystem weist eine gewölbte Oberflä¬ che auf, zu welcher das Band (1) in unmittelbarem Kontakt steht. Über die Ab- und Aufrolleinrichtung (5) wird das Band (1) gegen das Ultraschallsystem gezogen und kontinuierlich bewegt .
Durch die erfindungsgemäße Kombination eines NFLUS-Ultra- schallsystems mit mindestens einem Band ist es möglich, Ein- fluss auf die Partikelgröße, Partikelgrößenverteilung, den Vo¬ lumendurchsatz oder auf mehrere der vorgenannten Größen zu nehmen. Allen Varianten ist gemein, dass das Band nahe oder in unmittelbarem Kontakt zu mindestens einem Teil der schwingen¬ den Oberfläche des Ultraschallsystems positioniert wird, um die zugeführte Flüssigkeit zu vernebeln. Die Figur 1 zeigt ein rotationssymmetrisches Ultraschallsystem (2), welches z.B. aus einem Resonator und einem Ultraschallerreger besteht. Das heißt, dass die erfindungsgemäße Vorrich¬ tung ein resonantes System umfasst. Der Resonator ist z.B. aus Titan grade 5 gefertigt und hat einen Durchmesser von z.B. 40 mm. Der Ultraschallerreger funktioniert piezoelektrisch. Die Fläche, an welcher das Band positioniert wurde schwingt mit einer Arbeitsfrequenz von 15 bis 100 kHz, vorzugsweise 15-30 kHz, z.B. 30 kHz, und mit einer Schallleistung von 10 bis 2000 Watt, vorzugsweise 50 bis 100 Watt, z.B. mit 250 Watt und ei- ner Amplitude von 0 bis 500 μπι, vorzugsweise von 10 bis 300 μπι, z.B. 75 μπι. Die Flüssigkeit (4) ist z.B. ein Öl und wird mit 20 ml/sec und 20°C zugeführt. Das Band (1) besteht z.B. aus einem Drahtgewebe. Die einzelnen Drähte haben einen Durchmesser von 0,1mm und haben einen Abstand von z.B. 0,1mm.
Eine ähnliche Ausführungsform ist in Figur 2 dargestellt, wo¬ bei sich das fließfähige Medium zwischen zwei Bändern 1 befindet . Die Besonderheit der in Figur 3 dargestellten Aus führungs form besteht darin, dass das fließfähige Medium durch das Band hin¬ durch tritt, welches zu diesem Zweck Poren oder eine Gitterstruktur aufweisen kann. Liste der Bezugszeichen
1 Band
2 Ultraschallsystem
3 Flüssigkeit
4 Flüssigkeitszuführung
5 Ab- und Aufrolleinrichtung

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zum Vernebeln oder Zerstäuben von fließfähigen Medien, umfassend ein Ultraschallsystem und mindestens ein Trägerelement, dadurch gekennzeichnet, dass
das Trägerelement nahe oder in unmittelbarem Kontakt zu mindestens einem Teil der schwingenden Oberfläche des Ult¬ raschallsystems positioniert ist.
2. Vorrichtung zum Vernebeln oder Zerstäuben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das Trägerelement ein Band ist.
3. Vorrichtung zum Vernebeln oder Zerstäuben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass das Trägerelement dazu eingereichtet ist, an wenigs¬ tens einer seiner Seiten fließfähiges Medium aufzunehmen und/ oder fließfähiges Medium in sich aufzunehmen.
4. Vorrichtung zum Vernebeln oder Zerstäuben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallsystem dazu ausgelegt ist, mit einer Frequenz zwischen 15 und 2.000 kHz zu schwingen.
5. Vorrrichtung zum Vernebeln oder Zerstäuben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallsystem für die Übertragung von Ultraschall mit einer Amplitude von 1 bis 350μπι ausgelegt ist.
6. Vorrichtung zum Vernebeln oder Zerstäuben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallsystem für die Übertragung von Ultraschall mit einer Leistung von mehr als 5 Watt ausgelegt ist.
7. Vorrichtung zum Vernebeln oder Zerstäuben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Trägerelement und Ultraschallsystemoberfläche zwischen 0 und 100 mm beträgt.
Vorrichtung zum Vernebeln oder Zerstäuben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement an die Ultraschallsystemoberfläche ange¬ drückt, angepresst oder herangezogen wird.
9. Vorrichtung zum Vernebeln oder Zerstäuben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement aus Metall oder einer Metalllegierung be- steht.
10. Vorrichtung zum Vernebeln oder Zerstäuben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen auf- weist.
11. Verfahren zum Vernebeln oder Zerstäuben von fließfähigen Medien unter Anwendung der Vorrichtung gemäß einem der An- sprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass vom Ultraschallsystem Ultraschall auf fließfähiges Me¬ dium gerichtet wird, welches in Kontakt mit dem Trägerele¬ ment steht.
12. Verfahren zum Vernebeln oder Zerstäuben von fließfähigen Medien nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass am Trägerelement einseitig fließfähiges Medium ange- ordnet wird, so dass das Trägerelement zwischen dem flie߬ fähigen Medium und der schwingenden Oberfläche des Ultraschallsystems positioniert ist.
Verfahren zum Vernebeln oder Zerstäuben von fließfähigen Medien nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass am Trägerelement beidseitig fließfähiges Medium ange¬ ordnet wird.
14. Verfahren zum Vernebeln oder Zerstäuben nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultra¬ schallsystem
a) Longitudinalschwingungen, oder
b) Radialschwingungen, oder
c) Biegeschwingungen
an der dem Trägerelement zugewandten Oberfläche ausführt.
15. Verfahren zum Vernebeln oder Zerstäuben nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das flie߬ fähige Medium
a) Wasser,
b) eine Dispersion,
c) ein Lösungsmittel,
d) eine Säure,
e) eine Lauge, oder
f) eine Schmelze
ist.
Verfahren zum Vernebeln oder Zerstäuben nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass
a) das fließfähige Medium über das Trägerelement zugeführt wird, oder
b) dass das fließfähige Medium durch das Ultraschallsystem zugeführt wird.
Verfahren zum Vernebeln oder Zerstäuben nach einem der An sprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das fließ fähige Medium mit einem Volumenstrom zugeführt wird, wel eher variiert wird, um Einfluss auf die Partikelgröße, Par tikelgrößenverteilung oder den Volumendurchsatz zu nehmen.
18. Verfahren zum Vernebeln oder Zerstäuben nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Positi- on, Dicke, oder Beschaffenheit des Trägerelementes während des Prozesses variiert wird, um Einfluss auf die Partikel¬ größe, Partikelgrößenverteilung oder den Volumendurchsatz zu nehmen.
9. Verfahren zum Vernebeln oder Zerstäuben nach einem der An sprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Träger element bewegt wird.
0. Verfahren zum Vernebeln oder Zerstäuben nach einem der An sprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die ent stehenden Partikel durch eine Strömung bewegt werden.
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